[發(fā)明專利]一種八元瓜環(huán)-稀土金屬超分子聚合物及合成方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310218642.4
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103265568A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程曉杰;梁利利;姬寧寧;陳凱;倪新龍;陶朱;薛賽鳳;祝黔江
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州大學(xué)
• 主分類號: C07F5/00
• 分類號: C07F5/00;C07D487/00;C22B59/00
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標(biāo)事務(wù)有限公司 52002
• 代理人: 徐逸心;袁慶云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明利用合成八元瓜環(huán)-稀土金屬超分子自組裝體和三維網(wǎng)狀超分子聚合物及其分離輕重稀土的方法屬于金屬-有機(jī)超分子聚合物及其合成方法領(lǐng)域。具體的說就是合成四氯鎘酸根([CdCl₄]^2-)陰離子誘導(dǎo)八元瓜環(huán)與輕重稀土金屬分別形成超分子自組裝體和三維網(wǎng)狀超分子聚合物，并利用其晶形不同分離輕重稀土的方法。?

背景技術(shù)

稀土元素在通訊信息、石油催化、彩色顯示、儲(chǔ)氫材料以及超導(dǎo)材料等方面扮演著無可替代的角色，有工業(yè)“維生素”之稱。美國國防部和日本防衛(wèi)廳把稀土17種元素中的16種當(dāng)作戰(zhàn)略元素，在所謂35種戰(zhàn)略元素中，稀土占到了近一半。利用串級萃取技術(shù)，徐光憲先生在國際上首次提出適用于稀土萃取分離的串級萃取理論，建立了完整的稀土分離優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)參數(shù)到實(shí)際生產(chǎn)的“一步放大”。上述成果已廣泛應(yīng)用于我國稀土工業(yè)，為我國稀土分離技術(shù)水平和生產(chǎn)能力躍居國際領(lǐng)先地位作出了重要的貢獻(xiàn)。現(xiàn)在稀土生產(chǎn)中采用的分離方法主要是利用稀土化合物溶解度上的差別來進(jìn)行分離和提純的。?

瓜環(huán)(Cucurbit[n]urils，Q[n])是一類由n個(gè)苷脲單元和2n個(gè)亞甲基橋連起來的大環(huán)籠狀化合物。由于瓜環(huán)兩個(gè)端口“鑲嵌”著一圈羰基氧原子，具有與金屬離子配位形成配合物的能力，近年來被用作有機(jī)配體，在金屬-有機(jī)超分子聚合物構(gòu)筑的研究領(lǐng)域里受到越來越多的關(guān)注。本研究組曾發(fā)現(xiàn)采用氯化鎘（CdCl₂）作為誘導(dǎo)試劑，利用其在鹽酸介質(zhì)中形成的四氯鎘酸根陰離子的“蜂巢效應(yīng)”，誘導(dǎo)瓜環(huán)與系列稀土金屬離子直接配位，合成了一系列瓜環(huán)-稀土金屬管狀超分子聚合物，并為此申請了《氯化鎘誘導(dǎo)的七元瓜環(huán)-稀土金屬線性管狀超分子聚合物及合成方法（申請?zhí)枺?01110388587.4》。最近又發(fā)現(xiàn)鎘以及鋅的四氯酸根也表現(xiàn)出類似的“蜂巢效應(yīng)”，誘導(dǎo)六元瓜環(huán)（Q[6]）與系列稀土金屬離子直接配位，合成了一系列六元瓜環(huán)-稀土金屬管狀超分子聚合物。特別是使輕稀土離子（La、Ce、Pr、Nd）迅速沉淀。為此我們申請了《一種利用合成六元瓜環(huán)-稀土金屬線性聚合物分離輕重稀土的方法（申請?zhí)枺?01210457330.4》。?

通常，稀土金屬離子與八元瓜環(huán)在中性、酸性水溶液很難直接配位并構(gòu)筑形成超分子聚合物。但當(dāng)將氯化鎘引入稀土金屬離子與瓜環(huán)共存的酸性溶液（HCl）中，由于形成了四氯鎘酸根陰離子，其能起到結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的誘導(dǎo)作用，使稀土金屬離子與八元瓜環(huán)能迅速直接配位形成管不同結(jié)構(gòu)的超分子自組裝體或三維網(wǎng)狀超分子聚合物。?

本專利申請中就是利用四氯鎘酸根陰離子的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的誘導(dǎo)作用，使八元瓜環(huán)（Q[8]）與系列稀土金屬離子直接配位，合成了一系列八元瓜環(huán)-稀土金屬的超分子自組裝體聚合物或三維網(wǎng)狀超分子聚合物。利用含輕稀土超分子自組裝體聚合物與重稀土三維網(wǎng)狀超分子聚合物晶體結(jié)構(gòu)明顯的差異，可用于輕重稀土金屬離子的分離。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于合成一系列八元瓜環(huán)-輕稀土金屬超分子自組裝體聚合物以及八元瓜環(huán)-重稀土金屬三維網(wǎng)狀超分子聚合物，公開其合成方法。利用八元瓜環(huán)-輕稀土金屬超分子自組裝體聚合物與八元瓜環(huán)-重稀土金屬三維網(wǎng)狀超分子聚合物晶形明顯的差異，用于輕重稀土金屬離子的分離。?

本發(fā)明利用四氯鎘酸根陰離子的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑誘導(dǎo)作用，使八元瓜環(huán)（Q[8]）與系列稀土金屬離子直接配位形成一系列八元瓜環(huán)-輕稀土金屬超分子自組裝體聚合物以及八元瓜環(huán)-重稀土金屬三維網(wǎng)狀超分子聚合物，并研究出了合成方法，是在氯化鎘（CdCl₂）存在下，八元瓜環(huán)（Cucurbit[8]uril，Q[8]）與輕稀土金屬鹽在鹽酸溶液中合成的八元瓜環(huán)-輕稀土金屬超分子自組裝體聚合物，輕稀土金屬為La、Ce、Pr、Nd、Sm或Eu，以及八元瓜環(huán)-重稀土金屬三維網(wǎng)狀超分子聚合物，重稀土金屬為Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。上述所指的稀土金屬鹽為系列稀土金屬的硝酸鹽或稀土金屬鹽酸鹽。?

上述所指的誘導(dǎo)劑為四氯鎘酸根陰離子。八元瓜環(huán)（Q[8]）的化學(xué)式為(C₆H₆N₄O₂)₈，結(jié)構(gòu)式如下：?